碱激发矿渣水泥混凝土的试验研究

碱激发矿渣水泥混凝土的试验研究

陈慧娟

(北京市建筑工程研究院)

碱激发矿渣水泥是以干燥的粒化高炉矿渣为主要原料加入适量的硅酸盐水泥熟料和少量的二水石膏以及适量的碱激发剂混合磨细制成的水硬性胶凝材料。这是一种新型水硬性胶凝材料,它具有较好的力学性能。其中矿渣占总量的80%～85%,碱激发剂占总量的5%-10%,其余为水泥熟料。矿渣是在炼铁过程中经急冷得到的含有较高能量的不规则玻璃体。其潜在的水硬活性物在碱激发剂的作用下可以生成水硬性的水化产物。碱激发剂除可以用水玻璃、碳酸盐等之外,也可以利用工业废碱。因而可以发展成为一种全废料的高质量水泥。

近十几年来,高炉矿渣的利用有了突破性的进展。其中原苏联取得的科研成果尤为显著。仅以高炉矿渣作水泥的专利为例,著名的英国德温特专利统计中,共收入13项专利,其中日本和英国各一项,其余11项为原苏联专利。原苏联时期,每年5500万吨高炉炉渣中有2800万吨用于生产水泥。而我国每年产生炉渣近1亿吨,用于水泥生产只有800万吨,因此具有广泛的开发前景。

国内许多科研院所对碱激发矿渣水泥混凝土作了广泛的性能试验,已研制成功了强度高、硬化快、高抗渗、高抗冻、高抗蚀等优越性能于一体的混凝土。这也是硅酸盐水泥混凝土难以达到的。目前碱激发矿渣水泥已形成了企业标准。

11材料与试验方法

11材料

水泥采用河北省东光县水泥厂生产的425号碱激发矿渣水泥。

水泥技术要求如下:

细度:0108mm的方孔筛筛余不得超过5%。

凝结时间:初凝不早于45m in,终凝不得迟于12h。

安定性:用沸煮检验必须合格。

氧化镁:熟料中氧化镁的含量不超过5%。若水泥经压蒸安定性合格,则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6%。

425号水泥各龄期的强度不得低于表1所列数值:425号水泥各龄期强度表1

抗折强度(M Pa)抗压强度(M Pa) 3天7天28天3天7天28天

318510618201030104210

砂为中砂,表观相对密度为2165,细度模数为214;石子采用5～20mm的碎石,表观相对密度为2165。

112　试验方法

所有常规试验均按照国标进行。碱激发矿渣水泥混凝土配合比设计采取等效普通配合比设计原则:即等强度的原则。

113　环境条件(表2)

环境条件表2养护方式温 度相对湿度

自然养护20±5℃50±5%

标准养护20±3℃90%以上

蒸汽养护44～74℃

21试验结果与分析

211　碱激发矿渣水泥试验结果

水泥凝结时间和安定性按GB1346的规定进行。见表3;水泥胶砂强度按GB175规定进行,见表4。

水泥凝结时间和安定性表3标准稠度用水量

W=125m l C=500g

凝结时间

初凝终凝

安定性

(沸煮法) 25%1h33m in5h58m in合格

水泥胶砂强度试验各龄期数值表4抗折强度(M Pa)抗压强度(M Pa) 1天3天7天28天1天3天7天28天

115418619815714211131184214

以上试验结果说明,由于这种水泥中的碱质组分对浆体有着强烈的增强效果,故需水量

第24卷-1 建筑技术开发 1997年2月

小,和易性好,标准稠度需水量低于硅酸盐水泥需水量。这样使硬化浆体中具有较低的孔隙率,使硬化浆体密实度提高。凝结硬化快,早期强度高,标号高,具有较好的力学性能。

312　碱激发矿渣水泥混凝土试验结果

(1)C15～C30塑性混凝土各龄期强度数值(见表5)

C15～C30塑性混凝土各龄期强度表5

试件编号

自然养护(M Pa)标准养护(M Pa)蒸汽养护(M Pa)蒸养转标养(M Pa) 1天3天7天28天3天7天28天7小时12小时28天

1号286161010161671711191814016713161819 2号3116191215181481214142019017514152019 3号3177161416211891817142417018615122410 4号51310181912281513192016321511118182716 5号61312182214301815172519331611222192917 (2)C30～C40干硬性混凝土28天龄期强

度数值(表6)

C30～C40干硬性混凝土28天龄期强度表6

试件编号自然养护

(M Pa)标准养护

(M Pa)

蒸养转标养

(M Pa)

1号361837103612

2号361641123818

3号381441164112

4号401543174118

5号421444194211

从表中可以看出碱激发矿渣水泥混凝土经过12小时的湿热养护强度可达标养28天强度的58%～78%。用这种方法养护的混凝土,可减少加热期间对混凝土结构的破坏作用,为形成均匀的水泥石结构提供了极其适宜的条件。据资料介绍,用这种方法养护的混凝土较经95℃湿热条件下养护的碱激发矿渣水泥混凝土弹性模量增加115倍,徐变变形小1179倍,收缩变形小2倍。此种养护方法的能耗也将随着恒温温度的降低而显著降低。生产碱激矿渣水泥混凝土的能耗比普通硅酸盐水泥混凝土低50%～80%。

从表中可以看出碱激发矿渣水泥混凝土无论是配塑性混凝土还是配干硬性混凝土都适用于蒸汽养护。因此,碱激发矿渣水泥混凝土适宜在构件厂组织生产和应用。

(3)结构性能试验结果

对用碱激发矿渣水泥混凝土生产的YB3612预应力圆孔楼板按76G1图集和TJ321-76进行结构性能检验证明:

强度检验合格:K S>〔KΒ〕=1.875

抗裂度检验合作:K s f=1.55>〔K f〕=1.15

挠度检验合格:f s d=2.78<〔f d〕=5.67

上述数据说明用碱激发矿渣水泥混凝土制作的预频力圆孔板完全满足设计和国家检验评定标准,使用时安全耐久。

31结论

11由于生产混凝土制品的主要能耗是胶凝材料生产过程中的能耗和混凝土制品养护过程中的能耗。因此利用活性高的粒化矿渣来制造碱矿渣水泥是降水泥生产能耗的有效途径之一。而且此种水泥生产工艺简单,勿需高温煅烧熟料,其煤耗降低60%～80%,电耗降低40%～50%,是值得推广的一种新型胶凝材料。特别是利用工业废料来生产碱激发矿渣水泥,这对保护自然生态环境,减少大量废渣所需占用的场地面积,减少环境污染、综合利用资源具有深远的意义。

21通过试验证明,碱激发矿渣水泥混凝土适用于蒸汽养护而且强度发展较快,可以缩短养护周期,提高模板周转率。这种混凝土构件的生产工艺和普通水泥混凝土的生产工艺完全一样。在现有的混凝土预制品工厂,在不改变工艺,不增添或更改设备的条件下,即可组织生产。

31和普通水泥混凝土比较,碱激发矿渣水泥混凝土具有原材料广泛、成本低廉、节约能源等优点。因此,开发和推广这种混凝土,必将取得巨大的经济效益和社会效益。